Устройства для закалки жидкостью

В таких устройствах процесс может быть организован двояко: сплошной фазой является газ, а дисперсной – жидкость, и наоборот.

По первому способу жидкость впрыскивается в газовый поток через форсунки. При закалке диспергированной жидкостью теплоотвод осуществляется за счет нагрева и за счет испарения капель. Выбор используемой жидкости определяется конкретным технологическим процессом.

Для достижения высоких скоростей закалки, испарения и смешения должен обеспечиваться тонкий и равномерный распыл жидкости. Для выполнения этого условия в установке размещают максимальное количество форсунок. Струи от форсунок могут распространяться радиально или аксиально каналу закалочного устройства (рис. 15).

Размещение, показанное на рис. 15б, оказывается более эффективным, так как капли жидкости более равномерно заполняют сечение закалочного канала. В схеме рис. 15а капли от радиальных форсунок оттесняются потоком от центра к стенке.

Другой вид закалки, где диспергируется охлаждаемый газ, осуществляется в устройствах барботажного типа (рис. 16), скорость закалки в которых достигает 10⁵–10⁶ К/с. Удельная поверхность теплопередачи (поверхность газовых пузырьков), а, следовательно, и скорость закалки увеличиваются с уменьшением диаметра пузырьков.

 

 

Поэтому газовый поток дробят при помощи распределительных решеток.

При правильном подборе закалочной жидкости получают дополнительный выход целевых продуктов за счет утилизации тепловой энергии газового потока. Так, при закалке продуктов пиролиза природного газа жидкими углеводородами был получен дополнительный выход ацетилена.

 

Скорость закалки продуктов струями холодного газа (рис. 17) лимитируется интенсивностью перемешивания горячего газа и охлаждающего агента, при этом скорость охлаждения достигает 10⁶–10⁷ K/c. Холодный газ вводится обычно струями, направленными под некоторым углом к охлаждающему потоку (обычно радиально или тангенциально).

В данном закалочном устройстве рекомендуемое соотношение d / D» 0.3 ¸ 0.4. В правильно рассчитанной конструкции смешение заканчивается на длине (1¸2) D. Недостатком данных конструкций является разбавление продуктов реакции охлаждающим газом. Поэтому, по возможности, для охлаждения используется тот же пиролизный газ, прошедший стадию охлаждения в котлах-утилизаторах. При этом наряду с устранением разбавления продуктов происходит утилизация тепла.

Газодинамическая закалка.

При адиабатическом течении газа (то есть без теплообмена с окружающей средой) полная энергия какой-либо массы газа остается неизменной во времени:

 

Н_п + М ²/2 = Const,

 

где Н_п – полная энтальпия массы газа М.

Реакционные газы поступают на закалку в сверхзвуковое сопло (Лаваля), где охлаждаются до заданной температуры за счет превращения тепловой энергии в кинетическую при ускорении газового потока. Далее газ поступает на лопасти газовой турбины, где кинетическая энергия газа преобразуется в электрическую энергию, выработанную генератором, соединенным с турбиной.

Для газодинамической закалки необходим перепад давлений в 2¸3 МПа. Кроме того, при торможении газового потока его температура вновь возрастает. Поэтому такой способ закалки можно применять только в комбинации с другими способами.

Рассмотренные способы закалки достигают следующих скоростей:

1) Поверхностный теплообменник	10^5 ¸ 10^7 K/c.
2) Твердыми частицами	10^6 ¸ 10^7 K/c.
3) Распыленная жидкость	10^5 ¸ 10^7 K/c.
4) Барботажный	10^4 ¸ 10^5 K/c.
5) Смешением газов	10^5 ¸ 10^6 K/c.
6) Газодинамический	10^6 ¸ 10^8 K/c.

Список литературы

 

1. Теоретическая и прикладная плазмохимия / Л.С. Полак, А.А. Овсянников, Д.И. Словецкий и др. М.: Наука, 1975. 304 с.

2. Методы исследования плазмы / Под ред. В. Лохте-Хольтгревена. М.: Мир, 1971. 552 с.

3. Физика и техника низкотемпературной плазмы / Под ред. С.В. Дресвина. М.: Атомиздат, 1972. 352 с.

4. Жуков М. Ф. Прикладная динамика термической плазмы / М.Ф. Жуков, А.С. Коротеев, Б. А. Урюков. Новосибирск: Наука, 1975. 300 с.

5. Жуков М.Ф. Электродуговые нагреватели газа (плазмотроны) / М. Ф. Жуков, В.Я. Смоляков, Б.А. Урюков. Новосибирск: Наука, 1973. 232 с.

6. Плазмохимическая переработка угля / М.Ф. Жуков, Р.А. Калиненко, А. А. Левицкий, и др. М: Наука, 1990. 200 с.

7. Сурис А.Л. Плазмохимические процессы и аппараты / А. Л. Сурис. М.: Химия, 1989. 304 с.

8. Бугаенко Л. Т. Химия высоких энергий / Л. Т. Бугаенко, М. Г. Кузьмин, Л.С. Полак. М.: Химия, 1988. 368 с.

9. Оулет Р. Технологическое применение низкотемпературной плазмы / Р. Оулет, М. Барбье, П. Черемисинофф. М.: Энергоатомиздат, 1983. 144 с.

10. Туманов Ю. Н. Современное состояние развития плазменных процессов в технике, технологии и металлургии / Ю.Н. Туманов // Химия плазмы. Вып. 13 / Под ред. Б. М. Смирнова. М.: Энергоатомиздат, 1986. С. 163.

11. Плазменная технология в производстве СБИС: Пер. с англ. / Под ред. Н. Айнспруга и Д. Брауна. М.: Мир, 1987. 469 с.

12. Бородин В.И. Установка для обработки воды плазмой тлеющего разряда /В. И. Бородин // Материалы конф. по физике низкотемпературной плазмы ФНТП-2001. Петрозаводск, 2001. С. 197–201.

13. Туманов Ю.Н. Низкотемпературная плазма и высокочастотные электромагнитные поля в процессах получения материалов для ядерной энергетики / Ю.Н. Туманов. М.: Энергоатомиздат, 1989. 280 с.

14. Низкотемпературная плазма. Т. 8: Плазменная металлургия. Новосибирск: Наука, 1992. 265 с.

15. Низкотемпературная плазма. Т. 3: Химия плазмы. Новосибирск: Наука, 1991. 428 с.

16. Низкотемпературная плазма. Т. 4: Плазмохимические технологии. Новосибирск: Наука, 1991. 454 с.

17. Ragnar Bernhard, Jarl Martensson Plasmaforgasning av tjocklut ersatter sodapanna och kalkcykel / Ragnar Bernhard, Jarl Martensson // Svensk papperstidning. 1985. № 3. P. 26–27.

18. Бородин В.И. Термодинамический анализ высокотемпературных процессов переработки материалов: Методич. указ. к лабораторным работам / В.И. Бородин, В.А. Трухачева. Петрозаводск, 1998. 40 с.

19. Бородин В.И. Физика и техника дугового разряда высокого давления: Учеб. пособие / В.И. Бородин. Петрозаводск, 1999. 104 с.

20. Зельдович Я.Б. Физика ударных волн и высокотемпературных гидродинамических явлений / Я.Б. Зельдович, Ю.П. Райзер. М.: Наука, 1966. 582 с.

21. Абрамович Г.Н. Прикладная газовая динамика / Г.Н. Абрамович. М.: Наука, 1969. 824 с.